Texto: Fontes de Campo Magnético

Fontes de Campo Magnético

Conforme visto no último tópico, toda carga elétrica em movimento cria ao seu redor um campo magnético. Esta é a condição para que haja interação entre campo magnético e carga elétrica. Tal fenômeno faz com que ao redor de todo condutor percorrido por corrente elétrica apareça um campo magnético.

 

Condutores retilíneos

Um condutor retilíneo percorrido por corrente elétrica cria ao seu redor um campo magnético de indução de forma circular. 
 
 
Fotografia mostrando a disposição da limalha de ferro polvilhada ao redor de um condutor percorrido por corrente. Como a limalha orienta-se de acordo com as linhas de indução, percebe-se que estas são circulares, tendo por centro o próprio condutor.
 

Regra do saca-rolhas

Para determinar o sentido das linhas de indução, precisamos de uma regra de produto vetorial, é a regra do saca-rolhas. 
 

Imagine um saca-rolhas, ele deve ser introduzido no condutor no mesmo sentido da corrente elétrica, mas ele tem que ser girado para ser introduzido, o sentido do giro é o sentido das linhas de indução. A regra seria maravilhosa, não fosse um pequeno problema, falta de know how em sacar rolhas. Na hora de usar um saca-rolhas imaginário, pode surgir a dúvida sobre para qual lado girar. Para evitar um problema por isso, vamos dispensar o saca-rolhas e, em seu lugar, usamos a mão direita, assim:
 
Com a mão direita, colocamos o polegar ao longo do condutor no sentido da corrente e os quatro dedos são fechados ao seu redor, indicando-nos o sentido das linhas. 
 
Desenho mostrando a posição da mão e as linhas de indução
 

Lei de Biot-Savart   

Determina o módulo do vetor indução magnética nas proximidades de um condutor bastante longo, sendo percorrido por corrente elétrica. A intensidade do vetor indução magnética em um ponto P nas proximidades de um condutor retilíneo percorrido por corrente elétrica de intensidade i a uma distância d é dada por:
 
#B=\frac{\mu .i}{2.\pi .d}\,\,\,#
    
Em que m é a permeabilidade magnética do meio. Como, na esmagadora maioria das vezes, trabalha-se no vácuo, usamos: #B=\frac{{{\mu }_{0}}.i}{2.\pi .d}\,\,\,#. 
 
#{{\mu }_{0}}=# permeabilidade magnética do vácuo.
 
#{{\mu }_{0}}=4.\pi {{.10}^{-7}}T.{}^{m}/{}_{A}#. Esse valor não precisa ser memorizado, ele é fornecido junto com os dados do problema.
 
O campo produzido ao redor de um condutor percorrido por corrente é bastante pequeno, quando desejamos um campo de maior intensidade, podemos usar uma espira.
 

Espiras circulares

No centro de uma espira circular de raio R, o vetor indução magnética é perpendicular ao seu plano, tem sentido dado pela regra do saca-rolhas e módulo #B=\frac{{{\mu }_{0}}.i}{2.R}#.

Esse campo é mais intenso que o obtido pelo mesmo condutor nas mesmas condições mantido retilíneo.
 
Campo gerado por uma espira
 
O desenho mostra o campo magnético no centro da espira percorrida por corrente elétrica. Nas espiras, a regra do saca-rolhas pode ser utilizada de qualquer maneira, colocando-se os quatro dedos na corrente, o polegar mostra o campo, como mostrado no desenho adiante:
 
 
Ou colocando-se o polegar na corrente os quatro dedos mostram o campo.
 
 
O lado da espira de onde saem as linhas de indução é o polo norte, onde elas entram é o polo sul, ou um S e um N arredondados com setas nas pontas podem indicar qual é o polo em questão.
 
 
Na espira da esquerda, você está olhando para um polo sul, na da direita, para um polo norte.
 
Linhas de indução geradas por uma espira
 

Bobinas ou solenoides

Trata-se de um condutor percorrido por corrente elétrica, enrolado em um suporte cilíndrico, formando, assim, uma coleção de espiras. Quando o diâmetro é maior que o comprimento, é chamado de bobina chata. Quando o comprimento é maior que o diâmetro, é chamado de bobina comum ou solenoide.
 
Bobina chata
 
O campo magnético em seu interior é o campo gerado por uma espira multiplicado pelo número de voltas.
 
#B=n.\frac{{{\mu }_{0}}.i}{2.R}#
 
Deve ser tratada como uma associação de espiras. 
 
Bobina chata
 
Linhas de indução geradas por uma bobina chata
 

Bobina comum

Em seu interior, o vetor indução magnética é dado por #B={{\mu }_{0}}.i.\frac{n}{l}#, em que:
 
n = número de espiras
l = comprimento do solenoide
 
A direção do campo é coincidente com o longo eixo da bobina e seu sentido é obtido com a regra do saca-rolhas.
 
 
O uso em seu interior de uma substância ferromagnética, potencializa em muito a intensidade do campo gerado. A permeabilidade magnética do ferro pode chegar a ser 6500 vezes maior que a do vácuo, o que faz aumentar a intensidade da indução magnética pelo mesmo número de vezes.
 
Solenoide comum
 
Os solenoides têm inúmeras aplicações práticas. Na campainha do tipo din-don, é um solenoide que, quando ligado pelo interruptor, atrai um martelete que bate em uma barra acústica que produz o som do din. Ao ser desligado pelo dedo que solta o interruptor, uma mola o puxa de volta e ele bate em outra barra acústica responsável pelo don.
 
Campainha din don
 
Nas campainhas modelo cigarra, existe uma bobina chata com núcleo de ferro que atrai uma lâmina flexível de ferro que faz barulho ao ser batida, mas, neste momento, o circuito abre-se e, como a lâmina é flexível, ela se comporta como uma mola e volta fechando novamente o circuito, aí, tudo se repete diversas vezes por segundo, produzindo um ruído conhecido por todos nós.
 
Campainha tipo cigarra
 
Exercícios resolvidos
 
1. ( PUCSP) A figura mostra um prego de ferro envolto por um fio fino de cobre esmaltado, enrolado muitas vezes ao seu redor. O conjunto pode ser considerado um eletroímã quando as extremidades do fio são conectadas aos polos de um gerador, que, no caso, são duas pilhas idênticas, associadas em série.
 
 
A respeito do descrito, fazem-se as seguintes afirmações:
 
I.  Ao ser percorrido por corrente elétrica, o eletroímã apresenta polaridade magnética. Na representação da figura, a extremidade A (cabeça do prego) será um polo norte e a extremidade B será um polo sul.

II. Ao aproximar-se um prego de ferro da extremidade A do eletroímã e outro da extremidade B, um deles será atraído e o outro será repelido.

III. Ao substituir-se o conjunto de duas pilhas por outro de 6 pilhas idênticas às primeiras, também associadas em série, a intensidade do vetor indução magnética no interior e nas extremidades do eletroímã não sofrerá alteração, uma vez que esse valor independe da intensidade da corrente elétrica que circula no fio.
 
Está correto apenas o que se afirma em: 
 
a) I e II.   
b) II e III.   
c) I e III.   
d) I.   
e) III.   
 
Resolução:
 
I. Verdadeira. Aplicando a regra do saca-rolhas, pode-se notar que o campo magnético gerado pela corrente aponta para a esquerda, logo, a cabeça do prego que é o polo de onde saem as linhas de indução é o polo norte.

II. Falsa. Sempre que um prego for aproximado de um imã, haverá atração.

III. Falsa. Um acréscimo na corrente elétrica intensifica o campo magnético.
 
Resposta: D.
 
2. ( ITA) Um espira circular de raio R é percorrida por uma corrente i. A uma distância 2R de seu centro encontra-se um condutor retilíneo muito longo, que é percorrido por uma corrente i1 (conforme a figura). As condições que permitem que se anule o campo de indução magnética no centro da espira são, respectivamente:
 
 
a) (i1/i) = 2π e a corrente na espira no sentido horário.   
b) (i1/i) = 2π e a corrente na espira no sentido anti-horário.   
c) (i1/i) = π e a corrente na espira no sentido horário.   
d) (i1/i) = π e a corrente na espira no sentido anti-horário.   
e) (i1/i) = 2 e a corrente na espira no sentido horário.   
 
Resolução:
 
O campo gerado pela corrente no fio retilíneo aponta para dentro no centro da espira, regra do saca-rolhas.
 
Para se obter resultante nula naquele ponto, é necessário outro campo no sentido oposto. O campo gerado pela espira deve apontar para fora no centro da espira, logo, a corrente na espira deve ter sentido anti-horário, regra do saca-rolhas.
 
Como o campo resultante deve ser nulo, temos:
 
 
Resposta: B.
 

Em Resumo

Todo condutor percorrido por corrente elétrica produz, ao seu redor, um campo magnético.

Para se obter um campo mais intenso, usamos uma espira ou, muito mais intenso, um solenoide, que, se tiver núcleo de ferro, deixa o campo ainda muito mais intenso.
 
Tudo que é elétrico e se move tem um eletroímã.
Vamos Praticar?
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